Motorisation des broches

Motorisation

La fonction d’une broche de machine outil est d’assurer un guidage précis en rotation de l’outil.
Cet outil est inséré dans un porte outil, la broche pour assurer le guidage en rotation possède des roulements.

I ) Motorisation de la broche

Pour certaines machines l’entrainement de la broche est assuré par un moteur grâce à une courroie.
Comme dans l’exemple ci-dessous pour une fraiseuse verticale.

Dans d’autre cas plus rares le moteur entraine directement la broche en bout avec un accouplement.

Remarque :

Concernant les solutions de motorisation ci-dessus, l’ensemble pèse lourd.
Cela ne gène pas pour les fraiseuses verticales ( tête fixe ou déplacement seulement en Z ) mais pose problème pour les fraiseuses à portique.
Pour les fraiseuses à portique on va privilégier les électrobroches ( motorisation et guidage compact dans un même ensemble )

II ) Les électrobroches

Cette fois le guidage et l’entrainement en rotation sont regroupé dans un même matériel.

Le moteurs électrique universel, c’est le type de moteur qu’on trouve partout dans le matériel électroportatif, les appareils électroménager …
Le moteur électrique universel à beaucoup d’éléments communs avec le moteur à courant continu, notamment un collecteur et des balais.
Par contre même si dans la pratique on branche ce type de moteur sur une prise électrique secteur, donc 220V monophasé, on peut faire fonctionner indifféremment le moteur universel en continu ou alternatif.

Le moteur universel est très utilisé pour les puissances faibles à moyenne, il est économique à construire et à un bon couple au démarrage.
Par contre son principal inconvénient est qu’il nécessite un changement de balais au bout d’un certain temps à cause du frottement sur le collecteur.
Les étincelles entre les balais et le collecteur peuvent provoquer des perturbations électromagnétiques.
Les moteurs de fraisage doivent avoir des protections contre ces perturbations qui pourrait provoquer des déconnexions dans l’électronique de pilotage.

A ) Electrobroche avec moteur universel d’entrée de gamme

Il est possible d’adapter à des fraiseuses CNC des électrobroches prévus au départ pour des défonceuses.
Comme pour les modèles ci-dessus (Makita RT0701C, Bosh Colt et Dewalt DWP611 ) qui sont assez souvent utilisés pour le fraisages avec des petites fraiseuses Hobbyistes.
Ces défonceuses ont en général une puissance de 800W, elles sont plus bruyantes que les broches dédiés au fraisage et il est préférable de les réserver à l’usinage du bois et matières plastiques. Les roulements supporteraient mal des usinages réguliers et prolongés par exemple dans l’aluminium.

B ) Electrobroche avec moteur universel de milieu de gamme.

Ces électrobroches sont construites spécifiquement pour l’usinage. Elle peuvent usiner le bois les matières plastiques et les métaux tendres ( aluminium, cuivre, laiton … )
La puissance va de 800W à 1050W et des options sont possibles pour avoir
– un système de changement automatique d’outils ATC ( Automatic Change Tools )
– un pilotage de la vitesse à partir de l’électronique de commande

Les broches de marque Allemande Kress rachetés récemment par une autre marque Allemande AMB sont très connus et équipent beaucoup de fraiseuses CNC.
Ont trouve également dans la même gamme la marque Allemande Mafell.

C ) Electrobroches avec moteur universel puissantes

Les électrobroches Suisse Suhner peuvent aller jusqu’a une puissance de 1800 Watt.
Les porte outils sont identiques et compatibles avec les broches Kress AMD et Mafell
Le même système de changement automatique d’outil que les broches Kress peut être utilisé.

 

Le moteur brushless est un moteur à courant continu.
Mais contrairement au moteur à courant continu classique, la partie bobinée ( inducteur ) est fixe.
Cette partie fixe bobinée est alimentée par un circuit électronique de commande qui va activer successivement les bobines, ont a donc plus les inconvénients du collecteur et des balais.

Ce sont des petits capteurs à effet Hall qui vont donner l’information à l’électronique pour commuter au bon moment.

Ci dessous le principe de fonctionnement

Les marques de matériel électroportatif sur batterie, passent progressivement du moteur électrique universel au moteur brushless.

I ) Principe de fonctionnement des électrobroche avec variateur de fréquence

 

 

II ) Branchement des électrobroche avec variateur de fréquence

Les prises XLR Aviation des électrobroches ont les connecteurs numérotés de 1 à 4
Il est important de relier la broche 4 à la terre. Pour les broches 123 une inversion va juste faire tourner la broche à l’envers.

III ) Exemple de l’inverter VFD Huanyang HY01D523B

Les inverteurs de l’entreprise Hongkongaise Huanyang sont bon marchés et très répandus, le modèle HY01D523B à une puissance de 1.5Kw.

Il est important que la carcasse de la broche soit reliée à la terre, généralement elle est reliée à terre par l’intermédiaire du support de broche lorsque la machine elle même est reliée à la terre.
Pour un pilotage manuel de la broche seul le bornier inférieur est utilisé, les borniers verts supérieurs sont à relier à un panneau de commande ou l’interpolateur de pilotage.

Paramétrage de l’inverter VFD Huanyang HY01D523B

A faire dans cet ordre

Pd013 —-> réinitialisation de l’appareil mettre 1     ( paramètre 8 sur certains modèles plus anciens )
Pd005 —-> fréquence maximale, entrer 400 (soit 24000 rpm)
Pd004 —–> fréquence nominale du moteur, entrer 400
Pd003 —–> fréquence de démarrage, c’est à dire fréquence à laquelle le moteur va se lancer lors du démarrage avec le bouton run.
mettre par exemple 200, soit 12000 tours…
Pd011 ——> fréquence minimale. Par exemple 50 soit 3000 tours : en dessous le moteur à trop peu de couple pour usiner… Par contre si on veux se servir d’une pinule, il est possible de choisir encore plus lent.
Pd014 —> temps pour accélérer, en secondes, sur une 1kw5 normalement 2 secondes suffisent
Pd015 —-> temps pour s’arrêter (on ne se servira pas de la fonction de freinage qui abime le matériel, ici comme on est pas pressé on va laisser la broche s’arrêter en douceur, et on rentre 2 ou 3 secondes également)
Pd023 —-> Si 1 le moteur peut tourner dans 2 sens / si 0 le moteur tourne dans un seul sens
Pd144 —-> vitesse du moteur à 50hz, entrer 3000 au lieu de 1440 (ceci ne change pas le comportement du variateur, c’est juste pour avoir un affichage de la vitesse qui correspond à la réalité)
Pd145 —-> le variateur va augmenter la tension s’il détecte que le moteur peine. Ce paramètre peut être réglé de 1 à 10. Attention: plus c’est haut, plus le moteur risque de chauffer en cas d’effort important. On peut rentrer 6 par exemple pour ne pas faire trop chauffer le moteur.

 

 

I ) Principe de fonctionnement du moteur à courant continu

 

II ) Le moteur universel

III ) Moteur DC Brusless

Dans le moteur DC Brusless, le bobinage est fixe donc cela peut être :
– bobinage à l’extérieur fixe et les aimants néodymes qui tournent avec l’arbre à l’intérieur
– Bobinage à l’intérieur fixe qui entraine les aimants néodymes autour.

La première solution est utilisée pour le matériel électroportatif sur batterie
La deuxième est souvent utilisé pour les moteurs de drone.

Voici un vidéo ci-dessous de quelqu’un qui réalise soit même de A à Z un moteur brushless bobinage intérieur et aimants fixés dans une cloche qui tourne autour.

 

III )

 

 

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Systèmes de refroidissement pour les broches VFD